Hallo Foristen, um eine Controll-Loop zur Frequenzstabilisierung zu realisieren bin ich auf der Suche nach einem FPGA-Board. Folgendes soll das FPGA-Board leisten: Die Frequenz zweier Eingangssignale sollen mit mit einem Counter bestimmt werden. Aus den gezählten Frequenzwerten soll mit einem PID zwei Controll-Signale bestimmt werden und zu den DACs gehen. Folgende Spezifikationen müssen dabei erfüllt werden: Eingangsfrequenzen : 0 bis 500 MHz (mehr wäre besser) ADC resolution: sollte nicht so wichtig sein, dient nur zum Zählen der Frequenzen. DAC resolution: 14 bit, Sampling-Rate: 125 MS/s Das Red Pitaya STEMlab 125 - 14 wäre fast optimal, allerdings geht das nur bis 50 MHz. Es ist auch mit einem Linux-System ausgestattet, was mir auch wichtig wäre. Über Ideen und vorschläge wäre ich sehr dankbar. Da ich ein blutiger Anfänger bei FPGAs bin, habe ich schwierigkeiten eine geeignete Lösung zu finden. Gruß, Daniel.
Daniel U. schrieb: > Das Red Pitaya STEMlab 125 - 14 wäre fast optimal, allerdings geht das > nur bis 50 MHz Wo steht diese Begrenzung? > Die Frequenz zweier Eingangssignale sollen mit mit einem Counter > bestimmt werden. Wie schnell und wie genau müssen diese Frequenzen bestimmt werden? Was sind das für Signale? Wie schnell muss der Regler sein? Und wofür ist da ein Prozessor mit OS nötig? Und was tun die ADC und DAC in der ganzen Geschichte? Ist das ein analoges Eingangssignal mit 500MHz? Kannst du das nicht vorweg mit einem Komparator digitalisieren?
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Lothar M. schrieb: Hallo, danke für die Antwort. > Daniel U. schrieb: >> Das Red Pitaya STEMlab 125 - 14 wäre fast optimal, allerdings geht das >> nur bis 50 MHz > Wo steht diese Begrenzung? > Hier stehts: https://www.galagomarket.com/datasheet/redpitaya_hardware%20specifications.pdf >> Die Frequenz zweier Eingangssignale sollen mit mit einem Counter >> bestimmt werden. > Wie schnell und wie genau müssen diese Frequenzen bestimmt werden? Was > sind das für Signale? Wie schnell muss der Regler sein? Und wofür ist da > ein Prozessor mit OS nötig? Frequenz-Genauigkeit sollte mindestens 100 KHz betragen. Die Reaktionszeit Frequenzmessung -> Control-Signal sollte etwa 10 microseconds betragen. Wäre schön, wenn ich die gemessenen Frequenzwerte und die berechneten Control-Werte auch gleichzeitig mitloggen könnte, daher ein extra OS. > Und was tun die ADC und DAC in der ganzen Geschichte? Ist das ein > analoges Eingangssignal mit 500MHz? Ja, die beiden Eingangssignals sind anloge RF-Signale. Die beiden Ausgangssignale sind Control-signale. > Kannst du das nicht vorweg mit einem > Komparator digitalisieren? Hm, möglicherweise... gibts das als Bauteil um das an ein Board zu packen?
Daniel U. schrieb: > Frequenz-Genauigkeit sollte mindestens 100 KHz betragen. Und wie passen da die 0 Hz ins Bild? Entsprechen dann 0...99,99kHz einem Wert von 0 Hz? Und 100kHz..199,99kHz sind 100kHz usw? > Reaktionszeit Frequenzmessung -> Control-Signal sollte etwa 10 > microseconds betragen. Du musst also in 10 us die Frequenz auf 100kHz genau bestimmen? Es reicht also ein Wert von 0...5000 als Ergebnis? Dann würde ich für 10 us die Eingangsimpulse zählen und über eine LUT die Frequenz berechnen (wenn das überhaupt nötig ist und nicht mit der Impulszahl weiter gerechnet werden kann). > Wäre schön, wenn ich die gemessenen Frequenzwerte und die berechneten > Control-Werte auch gleichzeitig mitloggen könnte, daher ein extra OS. Diese Argumentationskette ist nicht schlüssig, denn du kannst die Daten auch auf dem FPGA loggen und per Ethernet versenden...
Lothar M. schrieb: > Daniel U. schrieb: >> Frequenz-Genauigkeit sollte mindestens 100 KHz betragen. > Und wie passen da die 0 Hz ins Bild? Entsprechen dann 0...99,99kHz einem > Wert von 0 Hz? Und 100kHz..199,99kHz sind 100kHz usw? > Hier meinte ich, wie genau die Anzahl der gezählten Pulse des Frequenzzählers mit der tatsächlichen Frequenz korrespondiert (Freq=Anzahl der Pulse/Gatetime). Das hängt natürlich von der Gate-Time ab. Bei einer Gate-Time von 10 us kann die Messgenauigkeit nicht besser sein als 1/(10 us) = 100 KHz. Aber stimmt, am ende kommt man effektiv nur auf 5000 unterschiedliche Frequenzwerte. Allerdings möchte ich auch die Möglichkeit haben, die Gate-Time zu erhöhen und damit die Frequenzauflösung zu verbessern. >> Reaktionszeit Frequenzmessung -> Control-Signal sollte etwa 10 >> microseconds betragen. > Du musst also in 10 us die Frequenz auf 100kHz genau bestimmen? > Es reicht also ein Wert von 0...5000 als Ergebnis? Dann würde ich für 10 > us die Eingangsimpulse zählen und über eine LUT die Frequenz berechnen > (wenn das überhaupt nötig ist und nicht mit der Impulszahl weiter > gerechnet werden kann). > Ja. In der Tat kann wahrscheinlich mit der Impulszahl weiter gerechnet werden. >> Wäre schön, wenn ich die gemessenen Frequenzwerte und die berechneten >> Control-Werte auch gleichzeitig mitloggen könnte, daher ein extra OS. > Diese Argumentationskette ist nicht schlüssig, denn du kannst die Daten > auch auf dem FPGA loggen und per Ethernet versenden... Aber ist so ein Feature schon eingebaut oder müsste ich so ein Interface erst selber mühsam implementieren? Da wäre mir ein eingebautes OS wie beim Pitaya am liebsten.
Und das Ganze soll ? Ich habe den Verdacht, dass man's einfach analog loesen kann. Erzaehl die ganze Story. Eine Laserstabilisierung ?
Jetzt ist G. schrieb: > Und das Ganze soll ? Ich habe den Verdacht, dass man's einfach > analog > loesen kann. > Erzaehl die ganze Story. Eine Laserstabilisierung ? Ja, genau. Im Prinzip geht es um Laserstabilisierung. Allerdings ist das System etwas komplizierter. Hier gibt es zwei Frequenzen(-abweichungen) f1, f2 die beide von den Kontrollparametern p1 und p2 abhängen. f1 = f1(p1,p2) und f2 = f2(p1,p2) oder (f1,f2) = M(p1,p2). Die Kontrollparameter würde sich also als Kombination von p1 und p2 ergeben. Wenn man die Kontrollparameter entsprechend p1=g(f1,diff(f1),integ(f1)) und p2=h(f2,diff(f1),integ(f2)) (also jeweils nur abhängig von f1,f2 und deren Differentialen/Integralen) würde wohl funktionieren (falls M diagonalisierbar ist). Allerdings erwarte ich eine bessere Performanz wenn man entsprechende Kombinationen von f1 und f2 jeweils für p1 und p2 berücksichtigt. Also (p1,p2)=G(f1,diff(f1),integr(f1),f2,diff(f2),integr(f2)).
Nochmals die Story. Es geht um eine Laserstabilisierung. Allenfalls um die Repetitionsfrequenz eines Pulslasers ? Oder um zwei Laser ? Bitte nicht schon die vermeintliche Loesung vornewegnehmen.
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Ja. Ein gepulster Laser. Es geht um die Repetitionsfrequenz und Zentralfrequenz. Jetzt ist G. schrieb: > Nochmals die Story. Es geht um eine Laserstabilisierung. > Allenfalls um die Repetitionsfrequenz eines Pulslasers ? > Oder um zwei Laser ? > > Bitte nicht schon die vermeintliche Loesung vornewegnehmen.
Ja, geht doch. Die Repetitionsfrequenz macht man mit einem analogen PLL. Also die Frequenz extern erzeugen resp vorgeben, und mit dem Laserrepetitionssignal auf DC mischen. Mit einem Piezo als Laengenstellglied kommt man gut auf ps jitter runter. Als Regelbandbreite genuegt der Audiobereich. Wie soll das mit der Zentralfrequenz gehen ? Was ist das ?
Jetzt ist G. schrieb: > Ja, geht doch. Die Repetitionsfrequenz macht man mit einem analogen PLL. > Also die Frequenz extern erzeugen resp vorgeben, und mit dem > Laserrepetitionssignal auf DC mischen. Mit einem Piezo als > Laengenstellglied kommt man gut auf ps jitter runter. Als > Regelbandbreite genuegt der Audiobereich. > > Wie soll das mit der Zentralfrequenz gehen ? Was ist das ? Vielen Dank für deine Antwort. Ah, ich denke ich verstehe was du meinst obwohl wir gerade verschiedene Begriffe verwenden. Mit Zentralfrequenz meine ich die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch Wellenlänge bei der ein (gepulster) Lasers arbeitet (z.B. bei 1550 nm sind das etwa 200 TeraHz). Die kann, wie du sagst, über eine PLL, die auf den Piezo wirkt und somit auf die Resonatorlänge, stabilisiert werden. (Vieleicht komme ich darauf nochmal zurück, ich hab fehlt ) Mit Repetionsfrequenz meine ich die Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit. Wenn diese nicht zu hoch ist, kann man sie einfach mit einer Photodiode messen, die daraufhin ein RF-Signal abgibt. Je nach Laser kann man die Repetionsfrequenz auf unterschiedliche Weise verändern und locken. Unser Lasersetup ist etwas anders. Möglicherweise wäre es besser Repetionsfrequenz und Zentralfrequenz, wie oben beschrieben, in kombination zu stabilisieren. Daher meine Idee mit dem FPGA.
Ich hab Repetitionrate von modengelockten Lasern zwischen 10 und 260MHz stabilisiert. Genauer gesagt auf einen externen Oszillator gelockt. Unser Produkt war fuer einen Jitter von besser als 1ps rms oder so spezifiziert fuer Laser mit 5ps Pulslaenge. Das waren digital unterstuetzte analoge Regelkreise. Der Jitter von 1ps bei 100MHz bedeutet 1/10000 Periode Es gibt uebrigens Fotodioen fuer 20 GHz... Wenn du nun auch noch die zentrale Wellenlaenge stabilisieren willst wirst du noch ein Fabry Perot benoetigen. Dabei ist zu gewaertigen, dass ein modengelockter Laser viele logitudinale Moden beinhaltet. Aber vielleicht redest du von einen ns Pulslaser. Der geht besser mit einem Fabry-Perot.
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